Файл: Коржуков Н.Г. Химическое сродство и направление химических реакций учеб. пособие для упражнений, семинар. занятий, коллоквиумов.pdf

- 10 -

щих газах не уменьшилось. Таким образом, опит, потребовавший больших затрат, показал, что процесс восстановления окиси желе­ за окисью углерода не идёт до конца. Зная законы химического равновесия, можно было бы значительно быстрее и с меньшими рас­ ходами придти к аналогичному выводу.

Примером успешного применения методов термодинамики химиче­ ских реакций для решения промышленных задач могут слу т ь термо­ динамические исследования немецкого химика Габера (191Д г .) ,

который определил условия, необходимые для осуществления синте­ за аммиака из азота д воцороди, что привело в конечном счёте к возможности промышленного получения не только аммиака, но и азот­ ной кислоты, азотных удобрений, взрывчатых веществ и порохов из дешёвых и широко доступных исходных материалов.

Свойства системы

Состояние системы характеризуется совокупностью её свойств.

Изменение какого-нибудь свойства означает изменение состояния системы.

Различают так называемые экстенсивные свойства, количествен­ но пропорциональные масса (например, вес и обьём системы), и

интенсивные свойства, численно независимые от массы (например,

температура, давление, мольный или удельный оотём).

Б термодинамике рассматриваются главным образом павновесныо состояния, т.е . такие состояния системы, при которых ряд её свойств не изменяется самопроизвольно во времени и имеет одина­ ковое значение ьо всех точках обтёмо отдельных фаз. Специфиче-

- II -

сними являются именно интенсивные свойства, так как они,

во-первых, не зависят от количества вещества и, во-вторых, оди-

ковы для всей системы и для любой конечной её части (при условии,

что системе находится в состоянии равновесия), поэтому их обыч­ но называют термодинамическими параметрами состояния.

Основными параметрами состояния принято считать параметры,

поддающиеся непосредственному измерению. Я ним относятся темпе­ ратура, давление, плотность, мольный или удельный объём, концент­ рация. В термодинамике рассматриваются такие параметры состоя­ ния, являющиеся Функцией основных - это внутренняя энергия,

энтальпия (теплосодержание), энтропия, свободная энергия и дру­ гие.

Следует подчеркнуть, что термодинамические параметры харак­

теризуют лишь данное состояние системы и ничего не говорят о предшествующих её состояниях. Поэтому при переходе системы из

одного состояния в другое изменение её свойств не зависит от пу­

ти перехода (процесса), а определяется лишь начальным и конечным

её состояниями, г.е . термодинамическими параметрами в этих двух состояниях. В частности, если система, выйдя из некоторого на­

чального состояния и претерпев ряд изменений, вновь в него возв­ ращается, г.е . совершает круговой процесс (цикл), то она в кон­ це процесса приобретает те же свойства, которые имела в исходном состоянии.

Графическоеизображение термодинамических процессов.

Непосредственным результатом многих термодинамических про­ цессов является изменение объёма термодинамической системы.

- 18 -

Так как дно цилиндра может быть сделано как теплопроводным,

гак и непроницаемым для тепла (путём перемещения заслонки), го на газ можно оказать гри вида воздействия: либо только механиче­ ское (с затратой или выигрышен работы),либо только тепловое ( с

сообщением или отнятием тепла), либо и го и другое одновременно.

При этом, если производить процесс воздействия очень медленно,

бесконечно узкой зонтика явной

- 14 -

Р

Рис.2. Графическое кзобсакеяие работы, осуществляемой телом при равновесном расширении.

Вся работа, осуществлённая газом при расширении o r.объема,

соответствующего начальному состоянию C j, до объёма заданного

состояния Ср, аналитически выражается определённым интегралом х)

хода", г.е . от порядка чередования механических н .тепловых воз­

действий. Графически зта работа определяется величиной площади,

ограниченной сверху линией, изображающей путь перехода системы

—— -

- 16 -

в чём легко можно убедиться о помощью калориметрических измере-

нз:ТЧ

Промессы равкозезяке к неравновесные.

Многочисленные наблюдения за явлениями природы показывают,

что все гстесггешше процессы облапают ог.аеделённый направлением.

Так, теиста переходит от горячего тала к хододыоку, ко ;;а наобо­

рот; газы к яядкости легко смешиваются, благодаря ззаимной диффу­

но и продел самопроизвольного перехода, действительно, как пока­

зывает опыт, самопроизвольно могут происходить но какие угодно

изменения в система; а только гъ, которые идут по направлению к достижению так называемого состояния освнозосия. т.е . такого состояния, которое характеризуется тем, что система, способная

Равновесного состояния системы необходимо и достаточно, чтооы в системе соблюдались механическое и тепловое равнове-

- 18

дам в обоих случаях система проходит через одни и те же состоя-

вия и ни в окружающей среде, ни в самой система на возникает ни­ каких: остаточных изменений.

Процессы, не удовлетворяющие условиям обратимости, называет­ ся необратимыми. Как правило, все самопроизвольные процессы -

процессы необратимые.

Рассмотрим примеры обратимого и необратимого проведения про­

цесса изотермического расширения идеального rasa, т.е . rasa, в

котором молекулы считаются материальными точками, а силы взаимо­

действия между ними равны нулю.

Равноосный процесс расширения идеального газа, заключённо­ го в цилиндре (рис.4), можно представить себе следующим образом.

В первоначальном положении давление газа в цилиндре уравновеши­ вается. весом песка, насыпанного на столик С, которым снабжен поршень цилиндре. Бели перенести со столика С несколько песчинок на соответствующую полку П, поршень станет легче и под действием

давления газа поднимется на уровень с другой полкой. На эту пол­

тать погнём поршня бесконечно медленным и изотермическим, а дав­ ление - одинаковым во всем объёме газа и равным внешнему давле-

р

pi

л